불과 몇 년 전 코로나 바이러스가 지구를 휩쓸었을 때 우리에겐 백신이 없었습니다. 화이자, 모더나 등 세계적인 바이오테크놀로지 기업들은 전 지구적인 관심과 응원 속에 비교적 빠른 시간 안에 효과와 안전성을 갖춘 코로나 백신 개발에 성공했습니다. 현대 바이오테크놀로지 기술력도 정말 대단하지만 제너에서 시작된 백신 개발 기술이 있어서 가능한 일이었습니다. 코로나 백신이 탄생하기까지 백신의 역사를 알아보겠습니다.
백신의 역사
예방주사(豫防注射, Vaccination)는 병원체인 항원이나 단백질, 핵산을 투여하여 항체를 형성하고 면역이 생기게 하는 물질이나 의약품입니다. 예방을 위해 백신을 주사하는 것을 예방 접종이라고 합니다. 우두법을 발견한 에드워드 제너(Edward Jenner)가 라틴어로 소를 뜻하는 Vacca를 쓰기 시작했고 루이 파스퇴르(Louis Paster)가 백신(Vaccine)이라 불렀습니다. 한국에서는 독일어 Vakzin에서 유래한 왁찐이라고 부르다가 20세기 후반부터 백신이라 부르고 있습니다.
15세기 중국에서 천연두 환자의 상처 딱지를 가루로 만들어 코로 흡입해서 천연두 면역력을 만든 경우가 있었습니다. 1세대 백신 개발은 우두를 이용해서 천연두를 치료하는 방법을 제안한 에드워드 제너에 의해 이루어졌습니다. 우두는 사람에게 생기는 천연두를 예방하기 위해 소에서 뽑아낸 면역 물질입니다. 우두에 노출된 사람들이 천연두에 잘 걸리지 않는다는 점에 주목하여 우두 접종이 천연두 예방 효과가 있다는 점을 증명했습니다.
2세대 백신 개발은 1880년대 광견병 백신, 콜레라 백신 등을 개발한 루이 파스퇴르에 의해 이루어졌습니다. 천연두 백신이 대량생산되면서 천연두는 1979년 박멸되었고 1980년 세계보건기구(WHO)는 천연두의 절멸을 선포했습니다. 소아마비, 인플루엔자, 홍역, 파상풍, 디프테리아 등 다양한 전염병 백신도 개발되었고 발병률이 크게 감소했습니다. 미국에서 소아마비는 1988년 35만 명에서 2015년 74명으로 획기적으로 줄었습니다.
예방 원리
사람의 면역계는 병원체에 대응하여 항체를 만들고 항체가 생기면 같은 병원체에 대해서는 면역이 형성됩니다. 백신의 예방 원리는 질병을 일으키는 병원체를 배양하여 병원성을 약화시킨 상태에서 비병원성 항원을 주입하는 것입니다. 백신은 항체를 형성하는데 항체가 형성되면 실제 병원체가 침입하였을 때 신속하고 효율적으로 면역체계가 반응할 수 있게 됩니다.
백신의 종류
사백신(Inactivated Vaccine)
사백신은 배양한 병원체를 죽이되 항원의 특성을 그대로 살려서 만든 백신입니다. 소아마비, 콜레라, 인플루엔자 백신 등이 사백신입니다.
약독화/생백신(Attenuated Vaccine)
병원체를 죽이지 않고 약화된 상태로 주입하는 백신입니다. 볼거리, 홍역, 장티푸스 백신 등이 약독화/생백신입니다.
톡소이드 백신(Toxoid Vaccine)
병원체가 아니라 질병 원인 물질인 독소를 비활성화시켜 만든 백신입니다. 파상풍, 디프테리아 백신이 톡소이드 백신입니다.
이종 백신(Heterotypic Vaccine)
목표 병원체와 유사하지만 병원성이 낮은 병원체를 이용한 백신입니다. 제너가 우두를 이용해서 만든 천연두 백신이 이종 백신입니다.
아단위 백신(Subunit Vaccine)
병원체 중 항원으로 인식되는 항원결정부위만 추출해서 만든 백신입니다. 아단위 입자들은 병원성은 없지만 면역체계를 활성화시켜 기억 림프구를 만들기 때문에 안전성이 뛰어납니다. 1세대 B형 간염 백신이 아단위 백신입니다.
재조합 백신 (Recombinant Vaccine)
병원체의 유전자 정보로 항원결정부위를 생산하여 주입하는 백신입니다. 유전자 재조합 기술을 이용하고 항원결정부위 외에 다른 병원체는 포함될 수 없어서 매우 안전합니다. 2세대 B형 간염 백신이 재조합 백신입니다.
치료용 백신 (Therapeutic Vaccine)
치료용 백신은 환자의 면역계를 활성화하여 질병을 치료하고 면역력을 갖게 해 주는 백신입니다. 파상풍 백신과 광견병 백신은 원인균에 감염된 후라도 신속하게 백신을 접종받으면 질병을 치료하는 사후 예방 효과가 있습니다. 1885년 루이 파스퇴르가 광견병 개에게 물린 소년에게 광견병 백신을 접종하여 광견병에 걸리지 않게 한 적이 있었습니다. 최근 암 등을 위한 치료용 백신도 개발되고 있는데 특정 질병을 치료하는데 필요한 약제 사용을 줄일 수 있는 장점을 갖습니다.
핵산 백신 (Nucleic Acid Vaccine)
특정 항원이나 항원 결정 부위를 암호화하는 핵산을 주입하는 백신으로 mRNA 백신, DNA 백신, 바이러스 백신이 있습니다.
mRNA 백신 (messenger RNA Vaccine)
mRNA 백신은 mRNA를 지질나노입자로 둘러싸 근육주사로 주입합니다. 우리 몸의 세포는 mRNA가 암호화하는 항원 단백질을 생산하고 면역 기억 작용을 통해 항원과 병원체에 대해 면역력을 생성합니다. 화이자 & 바이오엔테크 (Pfizer & BioNTech)에서 개발한 코미나티주 (Comirnaty Inj., 화이자 백신), 모더나 (Moderna)에서 개발한 mRNA-1273 (모더나 백신) 등이 COVID-19에 대한 mRNA 백신입니다.
DNA 백신 (DNA Vaccine)
DNA 백신은 항원단백질을 암호화하는 DNA를 플라스미드 형태로 주입하여 우리 몸이 항원 단백질에 대한 면역력을 갖게 해주는 백신입니다. DNA는 mRNA와 달리 구조가 비교적 안정적이라 잘 분해되지 않으며 DNA에 암호화된 항원 단백질이 꾸준히 생산될 수 있습니다. mRNA에 비해 훨씬 많은 DNA를 접종해야 하는 단점이 있습니다.
바이러스 백신 (Virus Vaccine)
바이러스 백신은 항원 단백질을 암호화하는 DNA를 바이러스를 통해 전달하는 방식을 사용합니다. COVID-19 백신으로 존슨앤드존슨 (Johnson and Johnson) 산하 얀센 파마슈티카 (Janssen Pharmaceutica)에서 개발한 Ad26.COV2-S (얀센 백신)은 인간 아데노바이러스 (Adenovirus)를 바이러스 전달체로 사용했습니다. 영국 옥스퍼드 대학교 (Oxford University)와 아스트라제네카 (Astrazeneca)가 공동개발한 AZD1222 (아스트라제네카 백신)은 침팬지 아데노바이러스를 전달체로 사용했습니다.
천연두, 소아마비에서 코로나 바이러스까지 역사상 수많은 전염병은 인류의 지속적인 백신 개발의 역사를 통해 정복할 수 있었습니다. 코로나 초기 백신이 없는 불안감과 무력감을 단기간에 극복하면서 미지의 바이러스에 대해서도 얼마든지 대응할 수 있다는 믿음이 더 커진 듯합니다.
